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La matière noire a été proposée pour expliquer pourquoi les étoiles aux extrémités des galaxies peuvent se déplacer plus rapidement que ne l’avait prédit Newton. Une autre théorie de la gravité pourrait être une meilleure explication.
En utilisant les lois de la physique de Newton, nous pouvons modéliser le mouvement des planètes dans le système solaire avec une précision totale. Cependant, au début des années 1970, les scientifiques ont découvert que ça n’a pas marché pour lui disque galaxie Les étoiles à leurs bords extérieurs, loin de la force gravitationnelle de toute matière en leur centre, se déplacent beaucoup plus rapidement que la théorie de Newton ne l’avait prédit.
En conséquence, les physiciens ont suggéré qu’une substance invisible appelée “matière noire“Cela exerce une attraction gravitationnelle supplémentaire, provoquant l’accélération des étoiles – une théorie largement acceptée. Cependant, dans dernier avis Mes collègues et moi suggérons que les observations à plusieurs échelles sont beaucoup mieux expliquées dans une théorie alternative de la gravité appelée dynamique milgromienne ou Lundi – Ne nécessite aucun ingrédient invisible. Il a été proposé pour la première fois par le physicien israélien Mordechai Milgrom en 1982.
L’hypothèse de base de Mond est que lorsque la gravité devient trop faible, comme cela se produit près des bords des galaxies, elle commence à se comporter différemment de la physique newtonienne. De cette façon, c’est possible Explique Pourquoi les étoiles, les planètes et le gaz à la périphérie de plus de 150 galaxies tournent-ils plus vite que prévu en se basant uniquement sur leur masse apparente. Cependant, Mond non seulement Explique Comme la courbe de rotation, dans la plupart des cas, Attendant leur.
philosophe des sciences manifestation Ce pouvoir prédictif place Mond devant les modèles cosmologiques standard, qui suggèrent qu’il y a plus de matière noire dans l’univers que de matière visible. En effet, selon ce modèle, les galaxies contiennent des quantités très incertaines de matière noire qui dépendent des détails de la formation des galaxies – ce que nous ne savons pas toujours. Cela rend impossible de prédire la vitesse de rotation de la galaxie. Mais de telles prédictions sont régulièrement faites avec Mond, et cela a été confirmé jusqu’à présent.
Imaginez que nous connaissions la distribution de masse apparente d’une galaxie mais que nous ne connaissions pas sa vitesse de rotation. Dans le Modèle Cosmique Standard, il est seulement possible de dire avec certitude que la vitesse de rotation sera comprise entre 100 km/s et 300 km/s en banlieue. Mond donne une prédiction plus précise selon laquelle la vitesse de rotation devrait être comprise entre 180 et 190 km/s.
Si des observations ultérieures révèlent une vitesse de rotation de 188 km/s, cela correspond aux deux théories – mais Mond est définitivement le favori. Ceci est la dernière version de rasoir d’occam – que la solution la plus simple est meilleure que la solution la plus complexe, auquel cas il faut décrire l’enregistrement avec le moins de « paramètres libres » possible. Les paramètres indépendants sont des constantes – certains nombres que nous devons intégrer à l’équation pour la faire fonctionner. Mais la théorie elle-même ne les donne pas – il n’y a aucune raison à l’existence d’une valeur particulière – donc nous devons les mesurer par l’observation. Un exemple est la constante gravitationnelle, G, dans la théorie de Newton ou la quantité de gravité matière noire dans la galaxie dans le modèle cosmologique standard.
Nous introduisons un concept appelé « élasticité théorique » pour capturer l’idée derrière le code d’Occam selon laquelle la théorie avec les paramètres les plus indépendants est cohérente avec une plus large gamme de données, ce qui la rend plus complexe. Dans notre revue, nous avons utilisé ce concept lors du test des modèles cosmologiques Standard et Mond par rapport à diverses observations astronomiques, telles que la rotation des galaxies et le mouvement au sein des amas de galaxies.
A chaque fois, nous attribuons un score d’élasticité théorique compris entre -2 et +2. Un score de -2 indique que le modèle fait des prédictions claires et précises sans regarder les données. D’un autre côté, +2 signifie “n’importe quoi” – un théoricien peut ajuster presque n’importe quel résultat d’observation raisonnable (car il y a tellement de paramètres indépendants). Nous évaluons également dans quelle mesure chaque modèle correspond aux observations, où +2 indique un excellent ajustement et -2 est réservé aux observations qui indiquent clairement que la théorie est erronée. Nous réduisons ensuite le degré de flexibilité théorique lié au traitement des observations, car bien ajuster les données, c’est bien, mais être capable d’ajuster n’importe quoi, c’est mal.
Une bonne théorie fera des prédictions claires qui seront confirmées plus tard, et un score combiné de +4 sur de nombreux tests différents sera meilleur (+2 – (- 2) = +4). Une mauvaise théorie obtiendra un score compris entre 0 et -4 (-2 – (+ 2) = -4). Des prédictions précises peuvent échouer dans ce cas – et peuvent ne pas fonctionner avec une physique défectueuse.
Nous avons trouvé le score moyen du modèle cosmologique standard de -0,25 sur 32 tests, tandis que Mond a obtenu un score moyen de +1,69 sur 29 tests. Les scores de chaque théorie sur les nombreux tests différents sont présentés dans les figures 1 et 2 ci-dessous pour les modèles cosmologiques Standard et Mond, respectivement.
Image 1. Compare les modèles cosmologiques standard avec des observations basées sur la façon dont les données correspondent à la théorie (optimisation ascendante) et sur la flexibilité des ajustements (hauteur de gauche à droite). Les cercles creux n’ont pas été pris en compte dans notre évaluation, car ces données ont été utilisées pour définir les paramètres indépendants. Reproduit du tableau 3 de notre examen. crédit : Arxiv
Figure 2. Semblable à la figure 1, mais pour Mond avec des particules virtuelles qui n’interagissent que par gravité, ils sont appelés neutrinos stériles. Notez qu’il n’y a pas de faux évidents. Reproduit du tableau 4 de notre examen. crédit : Arxiv
Il est immédiatement clair qu’aucun problème significatif n’a été identifié pour Mond, qui correspond au moins assez à toutes les données (notez que les deux lignes inférieures montrant la falsification sont vides dans la figure 2).
problème de matière noire
L’un des échecs les plus frappants du modèle cosmique standard concerne les «bar galaxies» – des régions lumineuses en forme de barre constituées d’étoiles – où les galaxies spirales se trouvent souvent dans leurs régions centrales (voir l’image principale). La barre tourne de temps en temps. Si les galaxies étaient noyées dans un grand cercle de matière noire, leurs bâtonnets ralentiraient. Cependant, la plupart, sinon la totalité, des bandes galactiques observées sont rapides. cette faux Modèle cosmique standard avec une confiance très élevée.
Un autre problème est que modèle d’origine Que la galaxie proposée ait des halos de matière noire est une grave erreur – ils supposent que les particules de matière noire exercent une gravité sur la matière qui les entoure, mais ne sont pas affectées par l’attraction gravitationnelle de la matière ordinaire. Cela simplifie les calculs, mais ne reflète pas la réalité. Lorsque cela est pris en compte dans Simulation suivante Il est clair que les halos de matière noire autour des galaxies n’expliquent pas de manière fiable leurs propriétés.
Il existe de nombreux autres échecs du modèle cosmologique standard que nous avons vus dans nos critiques, et Mond obtient souvent naturellement expliqué Remarques. Cependant, la raison pour laquelle le modèle cosmologique standard est si populaire peut être due à des erreurs de calcul ou à une connaissance limitée de ses échecs, dont certains ont été découverts récemment. Cela peut aussi être dû à la réticence des gens à modifier la théorie de la gravité qui a si bien réussi dans de nombreux autres domaines de la physique.
Le grand avantage de Mond sur le modèle cosmologique standard dans notre étude nous a amenés à conclure que les observations disponibles soutiennent fortement Mond. Bien que nous ne prétendions pas que Mond soit parfait, nous pensons toujours qu’il corrige la situation dans son ensemble – les galaxies manquent vraiment de matière noire.
Il a été écrit par Indranil Banik, chercheur postdoctoral en astrophysique, Université de St Andrews.
Cet article a été publié pour la première fois dans Conversation.
Référence : “Du tronc galactique à la tension de Hubble : pesée des preuves astrophysiques de la gravité melgromienne”
Par Indranil Banik et Hongsheng Zhao, 27 juin 2022, disponible ici. symétrie.
DOI : 10.3390 / sym14071331
